Anaerobic digestates in agricultural soils: A systematic review of their effects on antibiotic resistance genes

Abstract

Tackling the dissemination of antibiotic resistance is one of the main global challenges. Manures from animal production are a recognized source of antibiotic resistance genes (ARGs) and mobile genetic elements (MGEs) requiring appropriate treatment methods. One of the main approaches for manure treatment is anaerobic digestion (AD). Meta-analyses have demonstrated that AD can significantly reduce the load of ARGs. However, antibiotics, ARGs and MGEs still remain in the final product (digestate). A sustainable agricultural use of digestates under the One Health framework requires wide assessments of their effects in the soil resistome. The objective of this review was to present the state of the art of digestate effects on ARGs of agricultural soils, focusing exclusively on digestates from animal manures. A systematic review was conducted. The examination of the resulting literature indicated that although temporal decays are observed for a variety of ARGs in single-application and repeated-applications experiments, for certain ARGs the pre-treatment or control levels are not restored. However, the low number of studies and the heterogeneous experimental conditions preclude a clear understanding of the fate of ARGs in soil and their risk for agroecosystems. The inclusion of multiple MGEs and the assessment of the long-term influence of digestates on soil properties and microbial communities could be keystones for a better understanding of the risks associated with digestate-induced changes in the soil resistome.

El abordaje de la diseminación de resistencia a los antibióticos representa uno de los principales desafíos a nivel global. Los estiércoles derivados de la producción animal constituyen una reconocida fuente de genes de resistencia a antibióticos (GRA) y de elementos genéticos móviles (EGM), por lo que requieren tratamientos apropiados. La digestión anaeróbica (DA) es uno de los principales métodos de tratamiento. Los metaanálisis demuestran que la DA puede reducir significativamente la carga de GRA. Sin embargo, en el producto final (digerido), aún permanecen antibióticos, GRA y EGM. El uso agrícola sustentable de digeridos bajo el paradigma «Una Salud» requiere evaluaciones amplias de sus efectos en el resistoma del suelo. El objetivo de esta revisión es presentar el estado del conocimiento acerca del efecto de digeridos sobre GRA en suelos agrícolas, con foco exclusivo en digeridos derivados de estiércoles animales. Se llevó a cabo una revisión sistemática. La revisión de la literatura resultante indicó que, si bien se observan decaimientos temporales de diversos GRA en experimentos de aplicaciones simples y repetidas, ciertos GRA pueden no alcanzar los niveles pretratamiento o control. No obstante, el bajo número de estudios y la heterogeneidad de condiciones experimentales impiden una comprensión clara del destino de los GRA en el suelo y del riesgo para los agroecosistemas. La inclusión de múltiples EGM y la evaluación de la influencia a largo plazo en las propiedades del suelo y en las comunidades microbianas podrían representar piezas claves para un mejor entendimiento de los riesgos asociados a cambios en el resistoma del suelo.